JP4332705B2

JP4332705B2 - Exhaust manifold with catalyst

Info

Publication number: JP4332705B2
Application number: JP2003090549A
Authority: JP
Inventors: 英夫中井; 勝彦宮本; 義幸干場; 勝幸前田; 聖二塩田
Original assignee: Mitsubishi Motors Corp; Mitsubishi Automotive Engineering Co Ltd
Current assignee: Mitsubishi Motors Corp; Mitsubishi Automotive Engineering Co Ltd
Priority date: 2003-03-28
Filing date: 2003-03-28
Publication date: 2009-09-16
Anticipated expiration: 2023-03-28
Also published as: JP2004293512A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、触媒付き排気マニホールドに係り、詳しくは、一つの触媒担体を有するシングルタイプの触媒付き排気マニホールドに関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、触媒付き排気マニホールドには、二つの触媒担体を有するデュアルタイプの触媒付き排気マニホールドが知られている。この排気マニホールドは、点火順序が連続しない一の組の気筒からの排ガス流と他の組の気筒からの排ガス流とがそれぞれ別個の触媒担体に導入されており、これにより、排ガス同士の干渉（排気干渉）を小さくさせてエンジン出力の向上と排ガス浄化の効率化とを図っている。
【０００３】
しかし、デュアルタイプの触媒付き排気マニホールドでは、その触媒の大きさ等からコンパクト化を図れないという問題があり、この状況を打開する触媒付き排気マニホールドの技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
当該排気マニホールドでは、一つの触媒担体を有するシングルタイプを用い、エンジンの点火順序が連続しない一の組の気筒からの排ガス流と他の組の気筒からの排ガス流とをそれぞれ専用の流路に流すべく、分岐通路の集合部分にて触媒担体に向かって延出される仕切り板を設けている。これにより、排気マニホールドのコンパクト化を図ることができる。
【０００４】
【特許文献１】
特開平０９−２２２０１４号公報（段落番号００１３〜００２０、図１等）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述のデュアルタイプの触媒では、点火順序が連続しない一の組の気筒（例えば、気筒＃１と気筒＃４）からの排ガス流と他の組の気筒（例えば、気筒＃２と気筒＃３）からの排ガス流とに分割し、気筒＃１と気筒＃４からの排ガスを一の触媒担体に導入し、気筒＃２と気筒＃３からの排ガスを他の触媒担体に導入している。
【０００６】
しかし、これらの排ガスは、間欠的に触媒担体に導入されるものである。つまり、まず、気筒＃１からの排ガス流が一の触媒担体に導入され、次に、気筒＃３からの排ガス流が他の触媒担体に導入された後、気筒＃４からの排ガス流が前記一の触媒担体に導入され、そして、気筒＃２からの排ガス流が前記他の触媒担体に導入されており、各触媒担体には排ガスが断続的に導入されるので、連続的な反応は行われていない。これは、特にエンジン冷態始動時に触媒の早期活性化が図れないとの問題がある。
【０００７】
そこで、シングルタイプの触媒を用いれば、点火順序が連続しない気筒＃１と気筒＃４とからの排ガス流と、点火順序が連続しない気筒＃２と気筒＃３とからの排ガス流とに分割されたとしても、全ての排ガス流が一つの触媒担体に導入され、触媒での反応を連続的に行わせることができる。
一方、このシングルタイプの触媒を用いると、全開性能の向上化を図ることができないとの問題が生ずる。
【０００８】
すなわち、図６は、触媒付き排気マニホールドによる全開性能を示す図であり、図示のように、シングルタイプの触媒は、デュアルタイプの触媒に比して、エンジン回転速度の小さい領域にて体積効率が劣り、当該領域でのトルク（低速トルク）も劣ることが分かる。これは、上記一の組の気筒からの排ガス流と上記他の組の気筒からの排ガス流とによる排気干渉が生じるからである。
【０００９】
この場合に上記従来の技術の如く、シングルタイプの触媒を用いて分岐通路の集合部分に仕切り板を設ければ、排気干渉を防止して低速トルクの良好化を図ることが可能になる。しかし、この仕切り板の長さの設定如何では、やはりデュアルタイプの如く触媒での反応が断続的になってエンジン冷態始動時に触媒の昇温化を図れない、若しくは仕切り板を有しないシングルタイプの如く排気干渉が生じて全開性能の向上化を図れないとの問題が生じてしまう。
【００１０】
本発明は、このような課題に鑑みてなされたもので、シングルタイプの触媒において、必須であるエンジン冷態始動時の排ガス浄化を図った上で、全開性能も保つことができる触媒付き排気マニホールドを提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するべく、請求項１記載の触媒付き排気マニホールドは、多気筒エンジンの各気筒からの排ガス流を構成させる排気分岐通路と、排気分岐通路を集合させる排気集合部と、排気集合部に連結され、各気筒からの排ガス流を導入させる一つの触媒担体を有するシングルタイプの触媒コンバータとから構成され、排気集合部は、点火順序が連続しない一の組の気筒からの排ガス流と他の組の気筒からの排ガス流とに分けて触媒担体の上流側端面部に対向する下流側端面部を有する仕切り部と、下流側端面部と上流側端面部との間に形成された間隙部とを備え、間隙部は、下流側端面部の長手方向幅と、下流側端面部と上流側端面部との間に形成される上下流方向長さとによって区画された面積が、触媒担体の断面積の５％以上となるように規定され、仕切り部は、下流側端面部にて排気集合部の外側に向けて拡開される触媒浸食防止部を備えることを特徴としている。
【００１２】
このように、請求項１記載の触媒付き排気マニホールドでは、デュアルタイプの触媒で達成できる全開性能とシングルタイプの触媒で達成できる触媒の早期活性化とがトレードオフの関係にあることに着目し、シングルタイプの触媒上流側に位置する排気集合部に、下流側端面部を有する仕切り部と間隙部とを備え、この間隙部は、下流側端面部の長手方向幅と、下流側端面部と上流側端面部との間に形成される上下流方向長さとによって区画された面積が、触媒担体の断面積の５％以上となるように規定されている。
【００１３】
したがって、触媒上での反応が連続的に行われ、デュアルタイプの触媒付き排気マニホールドに比して、触媒の早期活性化を図り、必須であるエンジン冷態始動時の排ガス浄化が行われる。しかも、排気脈動による排気干渉を防止することができ、仕切り部を有しないシングルタイプの触媒付き排気マニホールドに比して、エンジンに対する吸入空気量を十分に確保して体積効率が下がることがなく、全開性能、つまり、エンジンの出力及び走行性能も確保される。
【００１４】
なお、間隙部の上下流方向長さは、直径１００ｍｍの触媒担体に対して４ｍｍ（５．１％相当）以上に規定することが好ましい。
また、請求項１記載の触媒付き排気マニホールドでは、下流側端面部の形状が、一の組の気筒からの排ガス流と他の組の気筒からの排ガス流とが下流側端面部の直下流側にて合流しないように工夫されていることから、触媒担体の上流側端面部の浸食が防止される。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、図面により本発明の実施形態について説明する。
図１を参照すると、本発明の一参考形態に係る触媒付き排気マニホールドの概略構成図が示され、また、図２は、上記触媒付き排気マニホールドの部分拡大図が示されており、以下図１及び図２に基づいて本発明の一参考形態に係る触媒付き排気マニホールドの構成を説明する。
【００１６】
図１に示すように、本参考形態のエンジンは４気筒からなり、排気マニホールド（触媒付き排気マニホールド）１は、４気筒エンジンの各気筒（図示しない）からの排ガス流を構成させる排気分岐通路１１、１２、１３、１４と、排気分岐通路１１、１２、１３、１４を点火順序が連続しない気筒を組として集合させる排気集合部１５と、排気集合部１５に連結され、前記各気筒からの排ガス流を導入させる一つの触媒担体３１を有するシングルタイプの触媒コンバータ３０とから構成される。
【００１７】
そして、排気マニホールド１は、排気ポート側フランジ１６を介して前記エンジンに接続され、その分岐構造は、気筒＃１からの排ガス流が流れる排気分岐通路１１と、気筒＃２からの排ガス流が流れる排気分岐通路１２と、気筒＃３からの排ガス流が流れる排気分岐通路１３と、気筒＃４からの排ガス流が流れる排気分岐通路１４とから構成されており、点火順序が連続しない気筒＃１と気筒＃４とを一の組とするのに対し、同じく点火順序が連続しない気筒＃２と気筒＃３とを他の組とする。そして、排気分岐通路１１及び排気分岐通路１４による上記一の組からの排ガス流と排気分岐通路１２及び排気分岐通路１３による上記他の組からの排ガス流とは、別々に排気集合部１５に導入される。
【００１８】
排気集合部１５は、図２に示すように、その略中央部分にて触媒担体３１に向かって延出される仕切り部２０を有している。仕切り部２０は、上記一の組からの排ガス流の導入部分と上記他の組からの排ガス流の導入部分との間の中間位置（いずれも図示しない）から下流側に位置する触媒担体３１に向かって伸びる断面略長方形の延出部２１と、触媒担体３１に対向する下流側端面部２２とからなり、この下流側端面部２２と触媒担体３１との間には、間隙部１７が形成される。
【００１９】
このように、排気集合部１５では、排気分岐通路１１、１２、１３、１４からの四つの流れが、仕切り部２０によって排気分岐通路１１及び排気分岐通路１４による上記一の組からの排ガス流と排気分岐通路１２及び排気分岐通路１３による上記他の組からの排ガス流との二つの流れにまとめられ、そして、この二つの流れを一つの触媒担体３１を有する触媒コンバータ３０に到達させる。
【００２０】
触媒コンバータ３０には、触媒担体３１として三元触媒が内蔵されており、この触媒担体３１は、仕切り部２０の下流側端面部２２に対向される上流側端面部３２と、この上流側端面部３２に連なる下流側端面部３３とから構成される断面略円形のものである。そして、上記エンジンに対する空燃比制御に応じて排ガス中に含まれるＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘ等の排ガス物質の低減を図る。浄化された排ガスは、触媒コンバータ３０に連結された排気管４０を介して外部に放出される。
【００２１】
次に、図２（ａ）に示すように、排気集合部１５の間隙部１７は、仕切り部２０の下流側端面部２２と触媒担体３１の上流側端面部３２との間の空間として形成される。そして、間隙部１７は、同図（ａ）の他、この図を９０゜回転させた方向から見た図２（ｂ）に示すように、下流側端面部２２の長手方向幅Ｂと、下流側端面部２２と上流側端面部３２との間に形成される上下流方向長さＬとによって区画された面積Ａが、触媒担体３１の断面積Ｓの５％以上となるように規定されている。
【００２２】
すなわち、間隙部１７の面積Ａは、長手方向幅Ｂと上下流方向長さＬとの積で表されるのに対し、触媒担体３１の断面積Ｓは、触媒担体３１の直径ＤとしてπＤ²／４で表されることから、面積Ａが断面積Ｓの５％以上となるよう、例えば、直径Ｄが１００ｍｍの触媒担体３１にあっては、仮に長手方向幅Ｂと直径Ｄとが略等しいとすれば、間隙部１７の上下流方向長さＬは約４ｍｍ以上と規定する。
【００２３】
なお、本参考形態では、直径Ｄが１００ｍｍの触媒担体３１を用い、間隙部１７の上下流方向長さＬは４ｍｍとしている。
図３は、排気マニホールド１による触媒の早期活性化を示す図である。なお、比較例としてデュアルタイプの触媒付き排気マニホールドを挙げる。
図示のように、本参考形態の排気マニホールド１は、エンジン始動から１２５秒間のＨＣは、デュアルタイプの触媒付き排気マニホールドに比して低減させることができ、触媒活性に要する時間もまた格段に短縮化できることが分かる。
【００２４】
これは、デュアルタイプの触媒付き排気マニホールドでは、気筒＃１からの排ガス流が一方の触媒担体に導入され、次に、気筒＃３からの排ガス流が他方の触媒担体に導入された後、気筒＃４からの排ガス流が前記一方の触媒担体に導入され、そして、気筒＃２からの排ガス流が前記他方の触媒担体に導入され、各触媒担体には排ガスが断続的に導入されるので連続的な反応を行えないからである。これに対し、本参考形態の排気マニホールド１では、例え点火順序が連続しない排気分岐通路１１及び排気分岐通路１４による上記一の組からの排ガス流と、排気分岐通路１２及び排気分岐通路１３による上記他の組からの排ガス流とに分割されたとしても、全ての排ガス流が一つの触媒担体３１に導入され、触媒担体３１上での反応を連続的に行うことができるからである。
【００２５】
よって、本参考形態の排気マニホールド１では、デュアルタイプの触媒付き排気マニホールドに比して、触媒担体３１の早期活性化を図り、エンジン冷態始動時の排ガス浄化を行うことができる。しかも、コンパクト化を図ることができる。
図４は、排気マニホールド１による全開性能等を示す図である。なお、比較例として仕切り部を有しないシングルタイプの触媒付き排気マニホールドを挙げる。
【００２６】
図示のように、本参考形態の排気マニホールド１は、最高出力及び最大トルクは、仕切り部を有しないシングルタイプの触媒付き排気マニホールドに比して劣る若しくは同等であるが、低速トルクでは格段に向上できることが分かる。また、エンジン始動から１２５秒間のＨＣ及び触媒活性に要する時間については、殆ど違いのない程度に達することが分かる。
【００２７】
これは、仕切り部を有しないシングルタイプの触媒付き排気マニホールドでは、上記のように、気筒＃１、気筒＃３、気筒＃４そして気筒＃２の順にて排ガスが触媒担体に達すると、エンジン回転速度の小さい領域にて、排気脈動によって排気干渉が生じて体積効率が減少するからである。これに対し、本参考形態の排気マニホールド１では、適切な長さの間隙部１７を持った仕切り部２０を有しており、排気干渉を防止することができるからである。また、この間隙部１７では、触媒担体３１上での反応を連続的に行うことができるからである。
【００２８】
よって、本参考形態の排気マニホールド１では、仕切り部を有しないシングルタイプの触媒付き排気マニホールドに比して、全開性能の向上化を図ることができる。しかも、この全開性能たるエンジンの出力及び走行性能は、デュアルタイプの触媒付き排気マニホールドの値に近くなる。
【００２９】
上記参考形態において、仕切り部２０は、排気集合部１５の略中央部分にて触媒担体３１に向かって延出される断面略長方形の延出部２１と、触媒担体３１の上流側端面部３２に対向する下流側端面部２２とからなるが、この形態において、上記一の組からの排ガス流と上記他の組からの排ガス流とは、仕切り部２０の下流側端面部２２の直下流側にて合流することになり、これによって触媒担体３１の上流側端面部３２が浸食（エロージョン）されることがある。これは、間隙部１７の上下方向長さＬが上記実施形態よりも短くなるに連れてより顕著になる（図５（ａ）参照）。
【００３０】
そこで、本発明の一実施形態に係る触媒付き排気マニホールドでは、図５（ｂ）に示すように、排気集合部１５の略中央部分にて、上記一の組からの排ガス流と上記他の組からの排ガス流との集合部分から触媒担体３１に向かって延出される断面略長方形の延出部２１Ａと、触媒担体３１の上流側端面部３２に対向する下流側端面部２２Ａと、下流側端面部２２Ａにて排気集合部１５の外側に向けて拡開される触媒浸食防止部２３、２４とから仕切り部２０Ａを構成するようにしている。
【００３１】
この一実施形態に係る触媒付き排気マニホールドにおいて、上記一の組からの排ガス流と上記他の組からの排ガス流とは、ともに触媒担体３１の外周側に向けて流れ、下流側端面部２２Ａの直下流側にて合流しないので、上流側端面部３２の浸食を防止することが可能になる。また、このような構成としても、間隙部１７の上下方向長さＬを設計通りに維持することが可能で、全開性能の確保及びエンジン冷態始動時の触媒早期活性化を保つことができるとの効果を奏する。
【００３２】
また、上記実施形態の排気マニホールド１の分岐構造では、排気集合部１５に導入される前に、排気分岐通路１１と排気分岐通路１４との排ガス流が予め合流され、排気分岐通路１２と排気分岐通路１３との排ガス流が予め合流されているが、この実施形態に限定されるものではなく、例えば、これらの各排ガス流を合流させずにそのまま排気集合部１５に導入させ、排気分岐通路１１及び排気分岐通路１４の排ガス流と排気分岐通路１２及び排気分岐通路１３の排ガス流とを仕切り部２０Ａによって排気集合部１５内で分けても良いものである。
【００３３】
さらに、上記実施形態の仕切り部２０Ａは、触媒担体３１の上流側に位置する排気集合部１５に設けられているが、この実施形態の他、さらに、触媒担体３１の下流側に位置する排気管４０にも適宜の長さを持って設けられていても良く、この場合にも排気干渉を防止して低速トルクの向上化を図ることができる。
なお、上記実施形態は、４気筒エンジンに関して説明したものであるが、この４気筒エンジンに限定されるものではなく、各種の多気筒エンジンに対する触媒付き排気マニホールドに用いることが可能である。
【００３４】
【発明の効果】
以上の説明から理解できるように、請求項１記載の本発明の触媒付き排気マニホールドによれば、デュアルタイプの触媒で達成できる全開性能とシングルタイプの触媒で達成できる触媒の早期活性化とがトレードオフの関係にあることに着目し、シングルタイプの触媒上流側に位置する排気集合部に、下流側端面部を有する仕切り部と間隙部とを備え、この間隙部は、下流側端面部の長手方向幅と、下流側端面部と上流側端面部との間に形成される上下流方向長さとによって区画された面積が、触媒担体の断面積の５％以上となるように規定されている。
【００３５】
したがって、触媒上での反応が連続的に行われ、デュアルタイプの触媒付き排気マニホールドに比して、触媒の早期活性化を図り、必須であるエンジン冷態始動時の排ガス浄化を行うことができる。しかも、排気脈動による排気干渉を防止することができ、仕切り部を有しないシングルタイプの触媒付き排気マニホールドに比して、エンジンに対する吸入空気量を十分に確保して体積効率が下がることがなく、全開性能、つまり、エンジンの出力及び走行性能も確保することができる。
【００３６】
また、この請求項１記載の発明によれば、下流側端面部の形状が、一の組の気筒からの排ガス流と他の組の気筒からの排ガス流とが下流側端面部の直下流側にて合流しないように工夫されていることから、触媒担体の上流側端面部の浸食が防止される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一参考形態に係る触媒付き排気マニホールドの概略構成図である。
【図２】図１の触媒付き排気マニホールドの部分拡大図である。
【図３】図１の触媒付き排気マニホールドによる触媒の早期活性化を示す図である。
【図４】図１の触媒付き排気マニホールドによる全開性能等を示す図である。
【図５】本発明の参考形態による触媒付き排気マニホールドにおいて触媒担体が浸食された状態の部分拡大図（ａ）及び本発明の一実施形態に係る触媒付き排気マニホールドの部分拡大図（ｂ）である。
【図６】従来の触媒付き排気マニホールドによる全開性能を示す図である。
【符号の説明】
１排気マニホールド（触媒付き排気マニホールド）
１１排気分岐通路
１２排気分岐通路
１３排気分岐通路
１４排気分岐通路
１５排気集合部
１７間隙部
２０仕切り部
２０Ａ仕切り部
２２下流側端面部
２２Ａ下流側端面部
２３触媒浸食防止部
２４触媒浸食防止部
３０触媒コンバータ
３１触媒担体
３２上流側端面部[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an exhaust manifold with a catalyst, and more particularly to a single type exhaust manifold with a catalyst having one catalyst carrier.
[0002]
[Prior art]
In general, a dual type exhaust manifold with catalyst having two catalyst carriers is known as an exhaust manifold with catalyst. In this exhaust manifold, the exhaust gas flow from one set of cylinders whose firing order is not continuous and the exhaust gas flow from the other set of cylinders are introduced into separate catalyst carriers, respectively, so that interference between exhaust gases ( (Exhaust interference) is reduced to improve engine output and exhaust gas purification efficiency.
[0003]
However, the dual type exhaust manifold with catalyst has a problem that it cannot be made compact due to the size of the catalyst and the like, and a technology of exhaust manifold with catalyst has been proposed (for example, Patent Document 1). reference).
The exhaust manifold uses a single type having one catalyst carrier, and the exhaust gas flow from one set of cylinders and the exhaust gas flow from the other set of cylinders in which the ignition order of the engine is not continuous are respectively used as dedicated flow paths. In order to flow, a partition plate extending toward the catalyst carrier is provided at the gathering portion of the branch passage. Thereby, the exhaust manifold can be made compact.
[0004]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Laid-Open No. 09-222014 (paragraph numbers 0013 to 0020, FIG. 1 and the like)
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in the above-mentioned dual type catalyst, the exhaust gas flow from one set of cylinders (for example, cylinder # 1 and cylinder # 4) and the other set of cylinders (for example, cylinder # 2 and cylinder #) that are not sequentially fired. 3), exhaust gas from cylinder # 1 and cylinder # 4 is introduced into one catalyst carrier, and exhaust gas from cylinder # 2 and cylinder # 3 is introduced into another catalyst carrier. .
[0006]
However, these exhaust gases are intermittently introduced into the catalyst carrier. That is, first, the exhaust gas flow from the cylinder # 1 is introduced into one catalyst carrier, and then the exhaust gas flow from the cylinder # 3 is introduced into another catalyst carrier, and then the exhaust gas flow from the cylinder # 4 is Since the exhaust gas flow from the cylinder # 2 is introduced into the other catalyst carrier and the exhaust gas is intermittently introduced into each catalyst carrier, the continuous reaction is performed. I have not been told. This has a problem that early activation of the catalyst cannot be achieved especially at the time of engine cold start.
[0007]
Therefore, if a single type catalyst is used, the exhaust gas flow is divided into the exhaust gas flow from cylinder # 1 and cylinder # 4 whose ignition order is not continuous, and the exhaust gas flow from cylinder # 2 and cylinder # 3 whose ignition order is not continuous. Even so, all the exhaust gas streams are introduced into one catalyst carrier, and the reaction with the catalyst can be carried out continuously.
On the other hand, when this single type catalyst is used, there arises a problem that it is not possible to improve the fully open performance.
[0008]
That is, FIG. 6 is a diagram showing the fully open performance by the exhaust manifold with catalyst. As shown in the figure, the single type catalyst has a volume efficiency in a region where the engine rotation speed is small as compared with the dual type catalyst. It turns out that it is inferior and the torque (low-speed torque) in the said area | region is also inferior. This is because an exhaust interference occurs between the exhaust gas flow from the one set of cylinders and the exhaust gas flow from the other set of cylinders.
[0009]
In this case, if a partition plate is provided at the assembly portion of the branch passages using a single type catalyst as in the conventional technique, exhaust interference can be prevented and low-speed torque can be improved. However, depending on the setting of the length of this partition plate, the reaction with the catalyst is intermittent as in the dual type, and the temperature of the catalyst cannot be increased at the time of engine cold start, or the single type without the partition plate As described above, there is a problem that exhaust interference occurs and the fully open performance cannot be improved.
[0010]
The present invention has been made in view of such a problem, and in a single type catalyst, an exhaust manifold with a catalyst which can maintain fully open performance while purifying exhaust gas at the time of engine cold start, which is essential. The purpose is to provide.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, an exhaust manifold with a catalyst according to claim 1 comprises an exhaust branch passage that constitutes an exhaust gas flow from each cylinder of a multi-cylinder engine, an exhaust assembly portion that collects the exhaust branch passage, and an exhaust assembly. And a single type catalytic converter having a single catalyst carrier that introduces an exhaust gas flow from each cylinder, and the exhaust collecting unit includes an exhaust gas flow from one set of cylinders whose ignition sequence is not continuous. A partition part having a downstream end face part facing the upstream end face part of the catalyst carrier divided into exhaust gas flows from another set of cylinders, and a gap formed between the downstream end face part and the upstream end face part The gap portion has an area defined by a longitudinal width of the downstream end surface portion and an upstream / downstream direction length formed between the downstream end surface portion and the upstream end surface portion of the catalyst carrier. More than 5% of the cross-sectional area It is defined so that the partition portion is characterized in that it comprises a catalyst erosion portion which is widened toward the outside of the exhaust merging portion at the downstream side end face.
[0012]
Thus, in the exhaust manifold with catalyst according to claim 1, paying attention to the fact that the fully open performance that can be achieved by the dual type catalyst and the early activation of the catalyst that can be achieved by the single type catalyst are in a trade-off relationship, The exhaust collecting portion located on the upstream side of the single type catalyst is provided with a partition portion having a downstream end face portion and a gap portion, and the gap portion has a longitudinal width of the downstream end face portion, a downstream end face portion and an upstream end. The area defined by the length in the upstream / downstream direction formed between the side end surface portions is defined to be 5% or more of the cross-sectional area of the catalyst carrier.
[0013]
Therefore, the reaction on the catalyst is continuously performed, and the catalyst is activated early as compared with the dual type exhaust manifold with catalyst, and exhaust gas purification at the time of engine cold start which is essential is performed. In addition, exhaust interference due to exhaust pulsation can be prevented, and compared with a single type exhaust manifold with a catalyst that does not have a partition, a sufficient amount of intake air to the engine is secured and volume efficiency does not decrease, Fully open performance, that is, engine output and running performance is also ensured.
[0014]
The length in the upstream / downstream direction of the gap is preferably specified to be 4 mm (corresponding to 5.1%) or more with respect to a catalyst carrier having a diameter of 100 mm.
Further, in the catalyst-exhaust manifold according to claim 1, wherein the shape of the lower flow side end surface portion, the exhaust gas flow and the downstream-side end immediately downstream of the surface portion from the exhaust gas stream and the other set of cylinders from one set of cylinders Since it is devised not to merge at the side, erosion of the upstream end surface portion of the catalyst carrier is prevented.
[0015]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
Referring to FIG. 1, a schematic diagram of a catalyst-exhaust manifold according to one reference shape condition of the present invention is shown, also, FIG. 2 is a partially enlarged view of the catalyst-exhaust manifold is shown, following FIG. one reference of medium with the exhaust manifold catalyst according to the configuration of the present invention will be described with reference to 1 and 2.
[0016]
1, the engine of this reference forms condition consists four cylinders, an exhaust manifold (catalyst-exhaust manifold) 1, exhaust branch passage to forming the exhaust gas flow from the cylinders of a four-cylinder engine (not shown) 11, 12, 13, 14 and exhaust branch passages 11, 12, 13, 14 are connected to an exhaust collecting portion 15 that collects a set of cylinders whose firing order is not continuous, and an exhaust collecting portion 15. And a single type catalytic converter 30 having one catalyst carrier 31 for introducing an exhaust gas flow.
[0017]
The exhaust manifold 1 is connected to the engine via an exhaust port side flange 16, and its branch structure has an exhaust branch passage 11 through which an exhaust gas flow from the cylinder # 1 flows and an exhaust gas flow from the cylinder # 2. The exhaust branch passage 12, the exhaust branch passage 13 through which the exhaust gas flow from the cylinder # 3 flows, and the exhaust branch passage 14 through which the exhaust gas flow from the cylinder # 4 flows. While the cylinder # 4 is set as one set, the cylinder # 2 and the cylinder # 3, which are not sequentially fired, are set as another set. The exhaust gas flow from the one set by the exhaust branch passage 11 and the exhaust branch passage 14 and the exhaust gas flow from the other set by the exhaust branch passage 12 and the exhaust branch passage 13 are separately introduced into the exhaust collecting portion 15. Is done.
[0018]
As shown in FIG. 2, the exhaust collecting portion 15 has a partition portion 20 that extends toward the catalyst carrier 31 at a substantially central portion thereof. The partition portion 20 is provided on the catalyst carrier 31 located downstream from an intermediate position (none of which is shown) between the introduction portion of the exhaust gas flow from the one set and the introduction portion of the exhaust gas flow from the other set. The extending portion 21 having a substantially rectangular cross section extending toward the catalyst carrier 31 and a downstream end surface portion 22 facing the catalyst carrier 31, and a gap 17 is formed between the downstream end surface portion 22 and the catalyst carrier 31. The
[0019]
Thus, in the exhaust collecting portion 15, the four flows from the exhaust branch passages 11, 12, 13, and 14 are separated from the exhaust gas flow from the one set by the exhaust branch passage 11 and the exhaust branch passage 14 by the partition portion 20. The exhaust branch passage 12 and the exhaust branch passage 13 are combined into two flows of the exhaust gas flow from the other set, and the two flows reach the catalytic converter 30 having one catalyst carrier 31.
[0020]
The catalytic converter 30 incorporates a three-way catalyst as the catalyst carrier 31, and the catalyst carrier 31 includes an upstream end surface portion 32 facing the downstream end surface portion 22 of the partition portion 20, and the upstream end surface portion. And a downstream end face portion 33 that is continuous with the end portion 32. The exhaust gas substances such as HC, CO, NOx contained in the exhaust gas are reduced according to the air-fuel ratio control for the engine. The purified exhaust gas is discharged to the outside through the exhaust pipe 40 connected to the catalytic converter 30.
[0021]
Next, as shown in FIG. 2A, the gap 17 of the exhaust collecting portion 15 is formed as a space between the downstream end surface portion 22 of the partition portion 20 and the upstream end surface portion 32 of the catalyst carrier 31. The Further, the gap portion 17 includes the longitudinal width B of the downstream end surface portion 22 and the downstream side as shown in FIG. 2B as viewed from the direction rotated 90 ° in addition to FIG. The area A defined by the upstream / downstream length L formed between the side end face portion 22 and the upstream end face portion 32 is defined to be 5% or more of the cross-sectional area S of the catalyst carrier 31. Yes.
[0022]
That is, the area A of the gap 17 is represented by the product of the longitudinal width B and the upstream / downstream length L, while the cross-sectional area S of the catalyst carrier 31 is πD ² as the diameter D of the catalyst carrier 31. For example, in the catalyst carrier 31 having a diameter D of 100 mm, the longitudinal width B and the diameter D are substantially equal so that the area A is 5% or more of the cross-sectional area S. If so, the length L in the upstream / downstream direction of the gap 17 is defined to be about 4 mm or more.
[0023]
In the present reference type condition, using the catalyst carrier 31 with a diameter D is 100 mm, the vertical flow direction length L of the gap portion 17 is set to 4 mm.
FIG. 3 is a diagram showing early activation of the catalyst by the exhaust manifold 1. As a comparative example, an exhaust manifold with a dual type catalyst is given.
As shown, the exhaust manifold 1 of this reference type state is HC of 125 seconds from the engine start can be reduced compared to the dual type of catalyst-exhaust manifold, the time is also remarkably required for catalytic activity It can be seen that it can be shortened.
[0024]
This is because in the dual type exhaust manifold with catalyst, the exhaust gas flow from the cylinder # 1 is introduced into one catalyst carrier, and then the exhaust gas flow from the cylinder # 3 is introduced into the other catalyst carrier and then the cylinder The exhaust gas flow from # 4 is introduced into the one catalyst carrier, and the exhaust gas flow from cylinder # 2 is introduced into the other catalyst carrier, and exhaust gas is intermittently introduced into each catalyst carrier, so that This is because a typical reaction cannot be performed. In contrast, in the exhaust manifold 1 according to this reference shape state, and the exhaust gas stream from the one set by the exhaust branch passage 11 and an exhaust branch passage 14 without even firing sequence is continuous, according to the exhaust branch passage 12 and an exhaust branch passage 13 This is because even if the exhaust gas flow is divided into the exhaust gas flows from the other groups, all the exhaust gas flows are introduced into one catalyst carrier 31 and the reaction on the catalyst carrier 31 can be continuously performed.
[0025]
Therefore, in the exhaust manifold 1 according to this reference shape condition, compared to dual type of catalyst-exhaust manifold, achieving early activation of the catalyst carrier 31, it is possible to perform the purification of exhaust gas when the engine cold start. In addition, the size can be reduced.
FIG. 4 is a diagram showing the fully open performance and the like by the exhaust manifold 1. As a comparative example, a single-type exhaust manifold with a catalyst that does not have a partition is given.
[0026]
As shown, the exhaust manifold 1 of this reference type condition, the maximum output and maximum torque, is a poor or equivalent compared to the single type of catalyst-exhaust manifold having no partition portion, dramatically at low speed torque It can be seen that it can be improved. Further, it can be seen that the time required for HC and catalyst activity for 125 seconds from the start of the engine reaches almost the same level.
[0027]
In a single type exhaust manifold with a catalyst that does not have a partition, as described above, when exhaust gas reaches the catalyst carrier in the order of cylinder # 1, cylinder # 3, cylinder # 4, and cylinder # 2, the engine rotates. This is because, in a region where the speed is low, exhaust interference occurs due to exhaust pulsation and volume efficiency decreases. In contrast, in the exhaust manifold 1 according to this reference shape condition has a partition portion 20 having a gap 17 of suitable length, is because it is possible to prevent the exhaust interference. Moreover, it is because the reaction on the catalyst carrier 31 can be continuously performed in the gap portion 17.
[0028]
Therefore, in the exhaust manifold 1 according to this reference shape state, compared to a single type of catalyst-exhaust manifold having no partition portion, it is possible to improve of the fully open performance. In addition, the engine output and running performance, which are the fully open performance, are close to the values of the dual type catalyst-equipped exhaust manifold .
[0029]
In the above reference embodiment, the partition portion 20 is opposed to the extended portion 21 having a substantially rectangular cross section extending toward the catalyst carrier 31 at the substantially central portion of the exhaust collecting portion 15 and the upstream end surface portion 32 of the catalyst carrier 31. to consist downstream end surface 22. in the form of this, the exhaust gas flow from the exhaust gas stream and the other set from the upper Symbol one set, immediately downstream of the downstream end face 22 of the partition portion 20 will be merged with, thereby sometimes upstream end surface 32 of the catalyst carrier 31 is eroded (erosion). This becomes more conspicuous as the vertical length L of the gap 17 becomes shorter than that in the above embodiment (see FIG. 5A).
[0030]
Therefore, in the catalyst-exhaust manifold according to an embodiment of the present invention, as shown in FIG. 5 (b), at a substantially central portion of the exhaust collecting portion 15, the exhaust gas flow from the set of the one and the other An extended portion 21A having a substantially rectangular cross section extending from the assembly portion with the exhaust gas flow from the set toward the catalyst carrier 31, a downstream end surface portion 22A facing the upstream end surface portion 32 of the catalyst carrier 31, and a downstream side and so as to constitute the catalytic erosion portion 23,24 Toka et partitioning portion 20A which is widened toward the outside of the exhaust merging portion 15 at the end surface portion 22A.
[0031]
In the exhaust manifold with catalyst according to this embodiment, the exhaust gas flow from the one set and the exhaust gas flow from the other set both flow toward the outer peripheral side of the catalyst carrier 31, and the downstream end face portion 22A. because of no merge at the immediate downstream side, it is possible to prevent the erosion of the upstream end surface 32. Further, even in such a configuration, the vertical length L of the gap portion 17 can be maintained as designed, and the fully open performance can be ensured and the early activation of the catalyst at the time of engine cold start can be maintained. The effect of.
[0032]
Further, in the branch structure of the exhaust manifold 1 of the above embodiment, the exhaust gas flow in the exhaust branch passage 11 and the exhaust branch passage 14 is pre-merged before being introduced into the exhaust collecting portion 15, and the exhaust branch passage 12 and the exhaust branch are combined. The exhaust gas flow with the passage 13 is joined in advance, but is not limited to this embodiment. For example, these exhaust gas flows are introduced into the exhaust collecting portion 15 as they are without joining, and the exhaust branch passage 11 is used. and those of the exhaust gas flow in the exhaust branch passage 14 and an exhaust branch passage 12 and the exhaust gas flow in the exhaust branch passage 13 may be divided into a partition portion 2 0A Thus in the exhaust collector 15.
[0033]
Further, the partition portion 20A of the above embodiment is provided in the exhaust collecting portion 15 located on the upstream side of the catalyst carrier 31. In addition to this embodiment, the exhaust portion located on the downstream side of the catalyst carrier 31 is also provided. The pipe 40 may also be provided with an appropriate length, and in this case as well, exhaust interference can be prevented and low-speed torque can be improved.
Although the above embodiment has been described with respect to a four-cylinder engine, the present invention is not limited to this four-cylinder engine, and can be used for an exhaust manifold with a catalyst for various multi-cylinder engines.
[0034]
【The invention's effect】
As can be understood from the above description, according to the exhaust manifold with a catalyst of the present invention according to claim 1, the fully open performance that can be achieved by the dual type catalyst and the early activation of the catalyst that can be achieved by the single type catalyst can be traded. Paying attention to the off-state relationship, the exhaust collecting portion located upstream of the single type catalyst is provided with a partition portion having a downstream end surface portion and a gap portion, and this gap portion is the longitudinal length of the downstream end face portion. The area defined by the direction width and the length in the upstream / downstream direction formed between the downstream end surface portion and the upstream end surface portion is defined to be 5% or more of the cross-sectional area of the catalyst carrier.
[0035]
Therefore, the reaction on the catalyst is continuously performed, and the catalyst can be activated earlier than in the case of the dual type exhaust manifold with catalyst, and the exhaust gas purification at the time of engine cold start that is essential can be performed. . In addition, exhaust interference due to exhaust pulsation can be prevented, and compared with a single type exhaust manifold with a catalyst that does not have a partition, a sufficient amount of intake air to the engine is secured and volume efficiency does not decrease, Fully open performance, that is, engine output and running performance can also be secured.
[0036]
Further, according to the invention of claim 1 Symbol placement, the shape of the downstream side end face, the exhaust gas flow and the downstream-side end immediately downstream of the surface portion from the exhaust gas stream and the other set of cylinders from one set of cylinders Since it is devised not to merge at the side, erosion of the upstream end surface portion of the catalyst carrier is prevented.
[Brief description of the drawings]
1 is a schematic diagram of a catalyst-exhaust manifold according to one reference shape condition of the present invention.
FIG. 2 is a partially enlarged view of the catalyst-equipped exhaust manifold of FIG.
FIG. 3 is a diagram showing early activation of the catalyst by the exhaust manifold with catalyst of FIG. 1;
4 is a view showing a fully open performance and the like by the exhaust manifold with catalyst of FIG.
FIG. 5 is a partially enlarged view (a) of the state where the catalyst carrier is eroded in the exhaust manifold with catalyst according to the reference embodiment of the present invention and a partially enlarged view (b) of the exhaust manifold with catalyst according to one embodiment of the present invention . is there.
FIG. 6 is a view showing the fully open performance of a conventional exhaust manifold with a catalyst.
[Explanation of symbols]
1 Exhaust manifold (exhaust manifold with catalyst)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Exhaust branch passage 12 Exhaust branch passage 13 Exhaust branch passage 14 Exhaust branch passage 15 Exhaust collecting part 17 Gap part 20 Partition part 20A Partition part 22 Downstream side end face part 22A Downstream side end face part 23 Catalytic erosion prevention part 24 Catalytic erosion prevention part 30 Catalytic converter 31 Catalyst support 32 Upstream end face

Claims

多気筒エンジンの各気筒からの排ガス流を構成させる排気分岐通路と、
該排気分岐通路を集合させる排気集合部と、
該排気集合部に連結され、前記各気筒からの排ガス流を導入させる一つの触媒担体を有するシングルタイプの触媒コンバータとから構成され、
前記排気集合部は、点火順序が連続しない一の組の気筒からの排ガス流と他の組の気筒からの排ガス流とに分けて前記触媒担体の上流側端面部に対向する下流側端面部を有する仕切り部と、前記下流側端面部と前記上流側端面部との間に形成された間隙部とを備え、
該間隙部は、前記下流側端面部の長手方向幅と、該下流側端面部と前記上流側端面部との間に形成される上下流方向長さとによって区画された面積が、前記触媒担体の断面積の５％以上となるように規定され、
前記仕切り部は、前記下流側端面部にて前記排気集合部の外側に向けて拡開される触媒浸食防止部を備えることを特徴とする触媒付き排気マニホールド。An exhaust branch passage that constitutes an exhaust gas flow from each cylinder of the multi-cylinder engine;
An exhaust collecting portion for collecting the exhaust branch passages;
A single type catalytic converter connected to the exhaust collecting portion and having one catalyst carrier for introducing an exhaust gas flow from each cylinder;
The exhaust collecting portion is divided into an exhaust gas flow from one set of cylinders whose ignition order is not continuous and an exhaust gas flow from another cylinder, and a downstream end surface portion facing the upstream end surface portion of the catalyst carrier. A partition portion having a gap portion formed between the downstream end surface portion and the upstream end surface portion,
The gap portion has an area defined by a longitudinal width of the downstream end surface portion and an upstream / downstream length formed between the downstream end surface portion and the upstream end surface portion of the catalyst carrier. It is specified to be 5% or more of the cross-sectional area ,
The exhaust manifold with catalyst , wherein the partition portion includes a catalyst erosion prevention portion that is expanded toward the outside of the exhaust collecting portion at the downstream end surface portion .